Погрешности судовых электронных и микропроцессорных блоков и их снижение

 

Важнейшей метрологической характеристикой электронных и микропроцессорных систем информационного назначения является их погрешность. В данном случае под погрешностью понимается отличие истинного значения измеряемого или контролируемого параметра от результата измерения, представленного в электронном блоке электрическим сигналом.

Как известно, по виду первоисточника погрешности могут разделяться на инструментальные и методические.

Инструментальная погрешность электронных блоков обусловлена неидеальностью их компонентов. Рассмотренные ранее преобразователи сигналов, особенно аналоговых, выполняются на компонентах, чьи параметры зависят от таких факторов как, изменение температуры, старение и т.д. Так, например, сопротивление резистора наиболее "точного" элемента электронных схем, изменяется в некоторых пределах от температуры, его абсолютная величина изменяется в процессе эксплуатации (старение). От этих же факторов зависит емкость конденсатора. Реальный операционный усилитель имеет напряжение смещения нуля, которое создает на его выходе начальный, неуправляемый, нулевой уровень. Смещение нуля ОУ изменяется во времени и от температуры. Ряд электронных элементов (диоды, транзисторы и др.) обладают нелинейными характеристиками. Эти и другие факторы и обуславливают в итоге общую инструментальную погрешность электронного преобразователя. Инструментальная погрешность блока проявляется в изменении его характеристики преобразования – зависимость выходного параметра от входного. В большинстве случаев требуемая характеристика преобразования электронного блока – прямая, имеющая определенный угол наклона, характеризуемый коэффициентом k ₀ = tg a и пересекающая ось в определенной точке y ₀. Она описывается уравнением прямой вида y = y ₀ + k ₀ x, где x – входная величина, y – выходная величина.

 

Характеристики преобразования электронного блока

1 – требуемая;

2 – при наличии аддитивной погрешности;

3 – при наличии мультипликативной погрешности;

4 – при наличии двух погрешностей;

5- реальная характеристика.

Рис. 6.1

 

Вследствие указанных факторов реальная характеристика может параллельно смещаться, пересекая тогда ось у в точке у _A (кривая 2 рис. 6.1)В данном случае характеристика имеет вид: y = y_A + kx = y ₀ + D y_A + kx, а величина смещения D y_A является погрешностью. Погрешность, возникающая из-за такого смещения, называется аддитивной (другой термин – погрешность сдвига нуля).

В другом случае характеристика может сменить свой наклон (кривая 3 рис. 6.1) и будет описываться теперь другим выражением: y = y ₀ + k _м x, где k _м = tga _м. Отличие выходного параметра на величину k _м x является погрешностью, называемой мультипликативной.

В общем случае погрешности проявляются одновременно (кривая 4 рис. 6.1). Кроме этого, реальная характеристика (кривая 5 рис. 6.1) может быть источником дополнительной погрешности D y _н, вызванной нелинейностью ее формы. В общем случае реальная характеристика (кривая 5) имеет вид:

y=y_A+k _м x+ D y _н .

Ее нужно привести к виду характеристики 1, т.е. y_A ® y₀; k _м ®k; D y _н ®0.

Для устранения аддитивной погрешности выполняется операция, называемая "установка нуля" – характеристика 2 смещается до совпадения с характеристикой 1. Для устранения мультипликативной погрешности выполняется операция "калибровка". С этой целью после установки нуля на вход электронного блока вместо реального подается калибровочный сигнал х_калибр. Затем угол наклона реальной характеристики 3 изменяется так, чтобы она совпала с требуемой характеристикой 1. О совпадении характеристик будет свидетельствовать получение на выходе блока заранее известного значения у_калибр.

Погрешность от нелинейности D у_н может быть устранена только в том случае, если электронный блок допускает такую возможность. Обычно стараются в электронном устройстве применять элементы с линейными характеристиками. Когда это невозможно, в состав блока включают специальный преобразователь, компенсирующий нелинейность примененных элементов. Например, в каналах измерения температуры выпускных газов дизеля СЦК "Шипка-М" в качестве датчика используется термопара типа ТХА, обладающая значительной нелинейностью характеристики. Для компенсации ее нелинейности, т.е. устраненияD у_н, использован нелинейный функциональный преобразователь, нелинейность характеристики которого (ее можно настраивать) имеет обратный вид, по отношению к характеристике термопары. Принцип построения таких преобразователей рассмотрены в разделе 2.6.

Операция установки нуля и калибровки показаны на примере схемы рис. 6.2, где изображен усилитель на основе ОУ с необходимыми органами регулировки. По существу он является суммирующим усилителем, рассмотренным в разделе 2.5. Установка нуля выполняется в нижнем положении переключателя S 1. При этом на один вход усилителя поступает нулевой сигнал х=0, через R 1, а на второй вход – через R 3, напряжение с потенциометра R 2. Его регулировкой на выходе устанавливается сигнал у=у₀. Затем на вход подается калибровочный сигнал х_калибр, для чего S 1 устанавливается в среднее положение и регулировкой R 5 устанавливается выходной сигнал у=у_калибр. Переменный резистор R 5, совместно с R 4 образует цепь обратной связи и непосредственно влияет на величину коэффициента усиления схемы (см. раздел 2.4), который и определяет наклон характеристики.

⇐ Предыдущая22232425262728293031Следующая ⇒

Поделиться: